地球上水循環将水分輸送到各地,降雨和降雪是其中重要的環節。但是降雨和降雪有時也具有破壞性,比如引發洪澇災害、暴風雪天氣。然而,大自然系統的複雜程度可能是我們想不到的:雨雪除了制造我們看得見的自然災害,它們有時還會來一些暗地裡的操作,制造一些意想不到的自然災害,這是怎麼回事呢?
降雨澆燃了火山?
2018年5月,位于美國夏威夷的基拉韋厄火山發生猛烈噴發,大量的火山灰噴向天空,火山附近的地表出現新的裂縫,熔岩從裂縫中湧出。熔岩奔流入海,對海岸附近的海域造成了破壞,熔岩還湧向居民區,摧毀了數百棟房屋……
基拉韋厄火山噴發不是什麼大新聞,因為它本來就是地球上最活躍的火山之一,這座火山底部有兩個長期存在的熔岩湖。自1983年以來,它就幾乎沒有停止過噴發,隻不過2018年,它突然一反“溫和”噴發的常态,變得異常活躍起來。
盡管大多數人都認為基拉韋厄火山噴發沒什麼特别的,但是美國邁阿密大學的研究人員腦海裡卻閃現了一個問題:是什麼導緻基拉韋厄火山猛烈噴發?
由于無法對火山内部進行觀察,因此無法獲得直接信息。研究人員隻能另辟蹊徑,他們對基拉韋厄火山附近的天氣和降雨的科學記錄,以及基拉韋厄火山的長期監測數據進行了分析。探究火山噴發的原因,為什麼要研究天氣和降雨呢?
這種不尋常的操作雖然讓人困惑,但是他們還真的找到了一些線索。研究人員将兩百多年來,基拉韋厄火山的天氣、降雨的科學記錄和火山相關的數據加入模型中。結果他們發現,自從1790年以來,基拉韋厄火山大約60%的噴發時間是在雨季。而監測數據顯示,恰好在這些時段火山内部的壓力也有所升高。而當他們将基拉韋厄火山2018年的相關數據輸入研究模型後,發現火山噴發前夏威夷有幾個月降雨異常多,并且火山内部壓力在噴發前和噴發期間都達到了50年來的最高水平,這最終導緻了火山的大爆發。研究人員認為,這可能是大量的雨水滲入深層岩石的縫隙,使火山内部壓力增大,迫使岩漿向火山口湧去,或者“開辟”新的“管道”,從而發生了猛烈噴發。
那麼,強降水真的能夠引爆火山嗎?
這一新穎的觀點并沒有得到多數科學家的認可。因為促使火山噴發的最主要原因是火山内部的壓力,雖然降雨對火山有一定程度的影響,但是其制造的壓力不足以觸發大爆發。導緻火山内部壓力增大應另有原因。
一組研究人員對2018年基拉韋厄火山噴出的火山物質進行了研究,他們發現,火山噴出的第一批物質曾在火山中停留了較長一段時間。而基拉韋厄火山一直處于活躍狀态,為什麼這些物質沒有被及時噴出呢?研究人員認為,這些物質可能正是導緻火山内部壓力過高的“元兇”,它們可能堵塞了火山内部系統,使壓力不斷積累,當壓力達到臨界點時,火山就發生了猛烈的噴發,而首先沖出火山口的物質中就包括“堵塞物”。因此,使基拉韋厄火山大爆發的原因可能是内部堵塞了。
看來,降雨可能并不是火山爆發的主要原因,不過,這個觀點也為預測火山的研究提供了新線索。如今,科學家還不能準确預測火山爆發的時間、爆發的強度,最重要的原因之一就是我們對火山爆發的原因了解不夠,如果能綜合所有可能導緻火山爆發的原因,或許有助于準确預測火山爆發。
雨雪按下了地震鍵?
美國的聖安德烈亞斯斷層位于太平洋闆塊和北美洲闆塊的交界處,它就像地表上一條長長的疤痕,綿延約1000千米。由于闆塊的相互作用,斷層附近經常發生地震。而引發地震的原因五花八門,比如海潮的沖擊。
早在2002年,科學家就發現潮汐引發水下火山的震動,而在2004年,科學家又發現,潮汐在一些斷層上引發地震。随着地震儀越來越靈敏,分布越來越廣,科學家們可以識别到震級更低、震源位于地殼更深處的微地震。2012年,科學家發現,聖安德烈亞斯斷層居然也受潮汐的影響,在每天兩次潮汐峰值時,微地震發生頻率更高。而每個月的兩次大潮期間,這個斷層帶的微地震更為集中。科學家認為,這是因為在潮汐的作用下,海水來回晃動,在潮汐峰值時,海水對太平洋闆塊的沖擊,使其向北美洲闆塊彎曲,兩個闆塊的相互作用引發了微地震。
2017年,美國加州大學伯克利分校的地震學家還發現,冬季的雨雪竟然也能導緻斷層附近微地震增多。雨雪是如何引發地震的?這或許是因為“季節性負荷”。所謂的季節性負荷,簡單來說就是雨季的降雨和冬季的積雪對地殼的壓力。
地震學家們收集了分布在加州的600多個GPS傳感器的數據,測量了聖安德烈亞斯斷層線的垂直運動,以追蹤季節性負荷導緻的變化。這些傳感器非常靈敏,能夠探測到地面的輕微下沉和上升。根據數據,他們計算了斷層不同位置的壓力在不同季節的變化,并對比2006年到2015年之間的3600次5.0級以下的地震。最終,他們總結出了一個規律——在冬季到春季,由于積雪、湖泊和水庫裡的水聚集起來,聖安德烈亞斯斷層附近的地殼會在重壓下下沉,其中早春時節,地殼下沉的幅度最大;随着夏季的到來,積雪融化、水位降至最低時,地面就會反彈,恢複到原來的樣子。就在這一沉一升之間,小型地震就出現了。看來,冬季的雨雪确實與微地震有關。
那麼,這項研究的結果能用于預測地震嗎?恐怕不行,不過它能夠讓我們了解小型地震和地震對地殼的破壞過程,而通過對這些知識和數據的積累,可能有助于我們對斷層附近的地震的危險性做出更準确的評估。更重要的是,随着全球氣候的變化,一些地區冬天雨雪更多,夏季更幹旱,如果這些地區正好是地震高發區,那麼這些變化或許會對地震的發生造成影響,那麼了解雨雪與地震之間的關系就很重要了。
如今,盡管科技有了很大的發展,但是地震和火山爆發仍無法準确預報,但是這些自然的猛獸作惡起來又會造成嚴重的破壞,因此科學家們從未停止對它們的研究,不斷挖掘引發這些自然災害的各種原因,研究這些災害發生的過程,而這些新的發現和研究将有助于未來人類對這些自然災害的預報。
有話要說...